Qu’est-ce que l’énergie potentielle – Définition

Quelle est l’énergie potentielle. L’énergie potentielle, U, est définie comme l’énergie stockée dans un objet soumis à une force conservatrice. Génie thermique

Quelle est l’énergie potentielle

conservation-du-pendule-énergie-mécaniqueL’énergie potentielle , U, est définie comme l’ énergie stockée dans un objet soumis à une force conservatrice. Les types courants incluent l’ énergie potentielle gravitationnelle , l’ énergie potentielle élastique d’un ressort prolongé et l’ énergie potentielle électrique d’une charge électrique dans un champ électrique, etc.

Supposons l’  énergie mécanique  (E mech ), qui est l’énergie associée au  mouvement  et à la  position  d’un objet généralement dans un champ de force (par exemple un champ gravitationnel). énergie écanique  (et également l’énergie thermique) peuvent être séparés en deux catégories, les transitoires et stockées. L’énergie transitoire est l’énergie en mouvement, c’est-à-dire l’énergie transférée d’un endroit à un autre. L’énergie stockée est l’énergie contenue dans une substance ou un objet. L’énergie mécanique transitoire est communément appelée  travail . L’énergie mécanique stockée existe sous l’une des deux formes suivantes:  cinétique  ou  potentielle :

  • L’ énergie potentielle . L’énergie potentielle, U, est définie comme l’énergie stockée dans un objet soumis à une force conservatrice. Les types courants incluent l’énergie potentielle gravitationnelle d’un objet qui dépend de sa masse et de sa distance au centre de masse d’un autre objet.
  • Énergie cinétique . L’énergie cinétique,  K , est définie comme l’énergie stockée dans un objet en raison de son mouvement. Cela dépend de la vitesse d’un objet et de la capacité d’un objet en mouvement à travailler sur d’autres objets lorsqu’il entre en collision avec eux.

Exemples d’énergie potentielle

Énergie potentielle gravitationnelle:

En mécanique classique, l’énergie potentielle gravitationnelle (U) est l’énergie qu’un objet possède en raison de sa position dans un champ gravitationnel. Le potentiel gravitationnel (V; l’énergie gravitationnelle par unité de masse) à un emplacement est égal au travail (énergie transférée) par unité de masse qui serait nécessaire pour déplacer l’objet d’un emplacement de référence fixe vers l’emplacement de l’objet. L’utilisation la plus courante de l’énergie potentielle gravitationnelle concerne un objet situé près de la surface de la Terre où l’accélération gravitationnelle peut être supposée constante à environ 9,8 m / s 2 .

U = mgh

Énergie potentielle élastique :

L’énergie potentielle élastique est l’énergie potentielle stockée à la suite de la déformation d’un objet élastique, telle que l’étirement d’un ressort. Elle dépend de la constante de ressort k ainsi que de la distance étirée.

U = 1/2 kx 2

Énergie potentielle électrique :

L’énergie potentielle électrique est une énergie potentielle qui résulte des forces coulombiennes conservatrices et est associée à la configuration d’un ensemble particulier de charges ponctuelles au sein d’un système défini. Par exemple, si une charge positive Q est fixée à un certain point dans l’espace, toute autre charge positive qui s’en rapproche subira une force répulsive et aura donc une énergie potentielle.

U = kQq / r

 

Conservation de l’énergie mécanique

Le principe de la conservation de l’énergie mécanique a d’abord été énoncé:

L’énergie mécanique totale (définie comme la somme de ses énergies potentielles et cinétiques) d’une particule sur laquelle agissent uniquement les forces conservatrices est constante .

exemple de conservation de l'énergie mécanique

Voir aussi: Conservation de l’énergie mécanique

Un système isolé est un système dans lequel aucune force externe ne provoque de changements d’énergie. Si seules les forces conservatrices agissent sur un objet et U est la fonction d’ énergie potentielle pour la force conservatrice totale, alors

mech = U + K

L’énergie potentielle, U , dépend de la position d’un objet soumis à une force conservatrice.

équation-énergie-potentielle

Elle est définie comme la capacité de l’objet à travailler et est augmentée lorsque l’objet est déplacé dans la direction opposée à la direction de la force.

L’énergie potentielle associée à un système composé de la Terre et d’une particule voisine est  l’énergie potentielle gravitationnelle .

gravitationnel-potentiel-énergie-équation

L’énergie cinétique, K , dépend de la vitesse d’un objet et est la capacité d’un objet en mouvement à travailler sur d’autres objets lorsqu’il entre en collision avec eux.

 K = ½ mv 2

La définition mentionnée ci-dessus ( mech = U + K ) suppose que le système est exempt de frottement et d’autres forces non conservatrices . La différence entre une force conservatrice et une force non conservatrice est que lorsqu’une force conservatrice déplace un objet d’un point à un autre, le travail effectué par la force conservatrice est indépendant du chemin.

Dans toute situation réelle, des forces de friction et d’autres forces non conservatrices sont présentes, mais dans de nombreux cas, leurs effets sur le système sont si faibles que le principe de conservation de l’énergie mécanique peut être utilisé comme une approximation juste. Par exemple, la force de friction est une force non conservatrice, car elle agit pour réduire l’énergie mécanique dans un système.

Notez que les forces non conservatrices ne réduisent pas toujours l’énergie mécanique. Une force non conservatrice modifie l’énergie mécanique, il existe des forces qui augmentent l’énergie mécanique totale, comme la force fournie par un moteur ou un moteur, est également une force non conservatrice.

Bloc glissant sur une pente inclinée sans friction

Le bloc de 1 kg commence à une hauteur H (disons 1 m) au-dessus du sol, avec une énergie potentielle mgH et une énergie cinétique égale à 0. Il glisse vers le sol (sans frottement) et arrive sans énergie potentielle et énergie cinétique K = ½ mv 2 . Calculez la vitesse du bloc au sol et son énergie cinétique.

mech = U + K = const

=> ½ mv 2 = mgH

=> v = √2gH = 4,43 m / s

=> K 2 = ½ x 1 kg x (4,43 m / s) 2 = 19,62 kg.m 2 .s -2 = 19,62 J

Pendule

pendule à conservation d'énergie mécaniqueSupposons un pendule (boule de masse m suspendue à une chaîne de longueur L que nous avons tirée de sorte que la balle soit à une hauteur H <L au-dessus de son point le plus bas sur l’arc de son mouvement de corde tendue. Le pendule est soumis au conservateur force gravitationnelle où les forces de friction comme la traînée d’air et la friction au pivot sont négligeables.

Nous le libérons du repos. À quelle vitesse va-t-il au fond?

pendule à conservation d'énergie mécanique2

Le pendule atteint la plus grande énergie cinétique et le moins d’énergie potentielle lorsqu’il est en position verticale , car il aura la plus grande vitesse et sera le plus proche de la Terre à ce point. D’un autre côté, il aura sa moindre énergie cinétique et sa plus grande énergie potentielle aux positions extrêmes de son swing, car il a une vitesse nulle et est le plus éloigné de la Terre en ces points.

Si l’amplitude est limitée à de petites oscillations, la période T d’un simple pendule, le temps pris pour un cycle complet, est:

période-de-pendule-conservation-d'énergie

où L est la longueur du pendule et g est l’accélération locale de la gravité. Pour les petites balançoires, la période de balancement est approximativement la même pour les balançoires de tailles différentes. Autrement dit,  la période est indépendante de l’amplitude .

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